铜街—曼家寨采场边坡控制爆破技术研究

谭明洪，冯光华

（云南华联锌铟股份有限公司，云南 文山 663701）

随着铜街-曼家寨采场360万吨/a的采矿产能改扩建工程的推进，近几年来公司严峻的安全发展现状，尤其是铜-曼采场东帮Fo断层区域存在较大范围的位移区，该区域岩性松软，断层发育，岩层稳定性较差，且主要分布于Fo断层的上盘，又经雨水冲刷、地下水渗透以及采场临近东帮的爆破作业等对边坡松软岩体的扰动影响进一步加剧。因此，开展东帮乃至临近边坡控制爆破技术的研究，对铜-曼采场能够绿色环保、安全、高效、可持续的运行，有较积极和深远的意义。

1 国内外相关研究发展现状

近几年国内外对边坡控制爆破技术理论的研究水平逐渐提升，对边坡控制爆破的技术认识也愈发深刻。其中主要的研究方向有边坡预裂爆破、光面爆破、岩石静态破碎剂的成缝机理与工程实践，以及基于格里菲斯提出的岩石脆性强度理论和断裂力学成缝理论而采取的一系列的人工预成缝边坡爆破的减震措施。诸如通过研究时序控制与起爆顺序、空气间隔轴向多种不耦合系数装药、聚能和切缝药包爆炸裂纹定向切割、预裂炮孔精确延时微差爆破以及预裂孔加导向孔的装药技术参数优化在预裂爆破工程实践中的应用等[1，2]。

2 研究的内容和方法

对于铜-曼采场实际的工程地质环境而言，在基于诸多控制爆破理论研究和数值模拟分析技术的基础上，开展工程实践方面的试验研究是主要的研究手段和技术路径。为确保在采场临近边坡区域爆破最大限度的控制爆破施工对边坡围岩体的损伤和整体边坡稳定性的影响。结合铜～曼采场矿岩地质和现有技术条件较适合开展的几种边坡控制爆破技术、施工工艺和方法。

2.1 加密减震孔正向逐孔传爆法

加密减震孔逐孔正向传爆法：是在原主爆孔后排与所要保护的临近边坡之间布置一排孔距加密的炮孔，减震孔孔距为主爆孔孔距的0.25倍～0.45倍。采用逐孔正向传爆法，主爆孔排间传爆方向与爆堆移动方向垂直于边坡面进行施工。详见下示意图1及图2所示。

图1 加密减震孔正向逐孔传爆法

图2 垂直或倾斜加密减震孔正向逐孔传爆法

施工原理：目的是通过在主爆孔相距一定距离区域穿凿密集的炮孔，使得炸药爆炸产生应力波及爆生气体在穿过减震炮孔的时候能量被分散、削弱，剩余的部分作用于炮孔空腔内，逐渐减弱的一个过程。

优点：操作简便，便于施工管理，对临近边坡的保护性更强。

缺点：穿凿密集的炮孔势必会导致综合穿爆成本上升，该种方法适用于临时靠帮爆破施工，不适用于一次性爆破成永久边坡的施工。

2.2 常规减震孔侧向逐孔传爆法

该种方法有别于正面法的是其爆区起爆孔传爆方向及爆堆移动方向与要保护的边坡面垂直，以致于爆堆受布孔排数的影响，炸药爆炸多余的应力波更多转移到对后排位置的冲击作用，而少部分爆生气体及爆轰波扩散至并作用于临近边坡的减震孔，经过减震孔的能量削减效应从而减少爆破对保护边坡体直接损伤。

优点：因其减震孔的孔距比正面法的孔距略大，可以降低穿孔成本；其二，减震效果较好。

缺点：该种方法对工作面的条件要求较高，需要穿爆工作面较宽，满足主爆孔爆破的同时，有一定的富余空间穿凿减震孔；穿爆-采剥生产组织工作难度大，需要确保侧向自由面方向无压渣体，否则将大大降低其减震效果。详细炮孔及爆破施工平面布置示意图如下图3所示。

图3 常规减震孔侧向逐孔传爆法

2.3 临近边坡缓冲预裂爆破法

该种方法本次主要介绍布孔施工方式进行预裂爆破：有导向孔和无导向孔的预裂爆破法。二者在施工原理上没有本质区别，只是在考虑临近边坡体区域时，根据爆区矿岩地质状况等来考虑是否需要调整预裂孔孔距、增加中间导向孔。

2.3.1 不加导向孔的预裂爆破

适用于岩性较软或偏中硬围岩，地质构造和岩石节理裂隙发育程度较高的区域，主要是铜曼采场东帮、北帮部分区域，通常该区域岩石硬度不高，但岩层吸湿性较差，孔隙率低，不利于预裂孔内炸药爆破产生应力波和爆生气体在预裂孔中心线之间穿透，形成贯穿的预裂缝。往往容易造成炸孔、预裂孔崩碎的现象。因此该类岩性区域，比较适宜布置较密集，但单孔装药少的预裂孔进行爆破，方能取得较好的预期效果。详细炮孔及爆破施工平面布置示意图如下图4所示。

图4 临近边坡缓冲无导向孔预裂爆破法炮孔平面示意图

2.3.2 有导向孔的预裂爆破法

该种方法设计导向孔不装药，比较适用于岩性硬度系数大，围岩稳定性较好的，构造和节理裂隙发育程度低的区域，主要是铜曼采场的北帮、西帮大理岩区域，通常该区域岩石致密性较好，孔隙率较高，围岩性质分布较均匀。

根据预裂爆破成缝机理的研究，爆炸应力波和爆轰气体产物二者联合作用原理，应力波对炮孔壁附近的岩石介质形成许多不断延伸的细小的裂缝，随后产生的爆生气体首先作用在炮孔孔壁上，并不断的楔入和膨胀到之前由应力波作用所产生的细小的裂缝中去，从而形成气刃效应，使得这些细小的裂缝得到了进一步的扩展，直到最后裂缝完全的连接和贯通，形成贯穿的预裂缝。详细炮孔及爆破施工平面布置示意图如下图5所示。

图5 临近边坡缓冲有导向孔预裂爆破法炮孔平面布置图

2.4 永久边坡一次成型光面爆破法

光面爆破法的技术原理同预裂爆破法类似，不过二者略有本质上的差异。

光面爆破法，主要是施工时光面孔在主爆孔之后进行起爆。

光面爆破主要是通过在主爆孔后排打密集的光面孔，少装药，在孔内炸药爆炸时以较集中的应力波和爆轰气体切割光面孔中心连线两侧，使之形成平滑整齐的后裂面，进而达到一次成型的边坡体，该种方法往往要求爆破参数的设计和装药更加精准，以便于最大程度的减少爆破后对边坡体的二次修整工程量。

其主要应用于特殊环境条件下的爆破施工，如需要一次成型的永久性高边坡、路堤，在国内边坡控制爆破施工中有少量的应用，更多的主要是在井巷、隧道掘进施工以及路桥施工护坡工程中的应用较广泛。光面爆破法示意图如图6所示。

图6 临近边坡缓冲光面爆破法炮孔平面布置图

2.5 聚能药包与切缝药包边坡控制爆破技术

聚能药包（装药）与切缝药包（装药）边坡控制爆破技术是近年来国内外新起的两种新型边坡控制爆破技术。国内目前更多的停留在学术研究、模型试验和计算机数值模拟研究阶段，国外少数矿山采用特质聚能装药管和预制切缝管进行预裂孔装药[3-6]。

聚能药包（装药）预裂爆破技术主要是采用特制带楔形罩的聚能管，套孔装药。该种方法是基于雷管聚能穴装药技术及其理论依据为参考，扩展应用于边坡控制爆破技术中的一种方法。

原理是，变相的改变预裂孔内药包分布形状，可使得孔内炸药爆炸时，聚能管的两端楔形构造具有优异的聚能效应，能较大幅度的引导炸药爆轰应力波和准静态爆生气体沿着楔形两端方向定向扩散、切割岩石介质，进而达到更大程度上保证预裂孔能够顺利贯穿成缝，以减少炸药爆炸发生非切缝做功的部分能量损失。聚能管形状如下图7所示。

图7 聚能药包预裂爆破炮孔横剖面示意图

切缝药包预裂爆破技术主要是采用特殊材料预制的切缝管，同样采用套孔装药。该种切缝管是采用特殊预制的，形状为普通圆管两端开口预先切割成断断续续有一定宽度的缝，管材需是特殊材料制备，如高强度聚乙烯复合材料、聚氯乙烯管、聚丙烯管等材料制备。该种方法一方面是利用管材的两端缝对炸药爆炸产生密集能量射流引导以直接作用于岩石介质与管缝接缝处，进而形成切割缝；另一方面经特殊材料制备的切缝管紧贴孔壁可以有效阻碍炸药爆炸应力波及爆生产物对预保护边坡面的直接破坏作用。切缝管及装药形状如下图8所示。

图8 切缝药包预裂爆破炮孔横剖面示意图

3 结语

综合来看，目前国内外针对边坡控制爆破技术的方法与实践多种多样。结合铜街～曼家寨采场的实际情况和现有技术条件，适当的开展一些试验研究，对矿山绿色、安全、高效、可持续发展具有积极而深远的意义。但在实际施工阶段而言，根据铜～曼采场各台阶边坡爆破所要达到的预期目的，需综合考量所投入成本与产出的经济效益，如何平衡二者之间的关系，方能以成本最优、施工最安全的爆破方案达到最佳的预期效果。